51擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器

1、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64KB,對(duì)于8051 / 8751片內(nèi)程序 存儲(chǔ)器為4KB的ROM或EPROM,在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中、片內(nèi)的存儲(chǔ)容量 往往不夠，特別是8031,片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，必須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。 8051外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖如圖6-1所示。擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器常用芯片有EPROM (紫外線可擦除型)，如2716(2KB) 、 2732 (4KB) 、 2764 (8KB) 、 27128 (16KB) 、 27256 (32KB) 等，另外還有+ 5V電擦除E2PROM,如2816 (2KB)、2864 (8KB)等等。 1.選擇芯片原那么

2、在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，首先滿足程序容量，其次在價(jià)格合理情況下盡 量選用容量大的芯片。芯片少，接線簡(jiǎn)單，芯片儲(chǔ)存容量大，程序調(diào)整余 量大。如估計(jì)程序總長(zhǎng)4KB左右，最好擴(kuò)展一片8KB的EPR0M2764,留有 一定的余量。另外,能用一片8KBEPROM2764那么不要選2片2732(4KB), 多一個(gè)芯片接線就復(fù)雜許多，且功耗增多，盡量減少擴(kuò)展芯片個(gè)數(shù)使電路 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高可靠性。2.程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展舉例例 選用8031單片機(jī)，程序總量3KB左右，考慮程序存儲(chǔ)器的最小擴(kuò)展 系統(tǒng)。分析：8031單片機(jī)內(nèi)部無(wú)ROM,無(wú)論程序長(zhǎng)短都必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，考 慮本例的程序量，擴(kuò)展一片4KB的EPROM最合

3、適。8031單片機(jī)擴(kuò)展一片4KB的2732程序存儲(chǔ)器電路如圖6-2所示。圖中74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，與其功能相同的一組芯片 還有 8282、74LS273 等。在存儲(chǔ)器芯片擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)弄清地址線，數(shù)據(jù)線及控制 線的連接方法。(1)地址線圖中2732共12根地址線A0All (212=40根地4KB),低8位A0A7通過(guò) 74LS373與P0接口連接，高四位A8All直接與P2接口的P2. 0P2. 3 連接，P2接口有鎖存功能。(2)數(shù)據(jù)線2732數(shù)據(jù)線D0D7共8位直接與P0接口的P0. 0P0. 7相連。P0接口兼做數(shù)據(jù)線和低8位地址線。(3)控制線CPU對(duì)擴(kuò)展

4、芯片的控制通過(guò)控制線實(shí)現(xiàn)。圖中地址鎖存器74LS373的G端 與8031的地址鎖存允許端ALE連接。ALE作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控 制端。2732的輸出使能端與8031的(讀選通信號(hào))端連接，在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，只要此端出現(xiàn)負(fù)脈沖，即可從2732中讀出程序。因?yàn)?僅擴(kuò)展一個(gè)芯片，片選端 接地即可，端有低電平表示該芯片被選中。假設(shè) 擴(kuò)展多片時(shí)還需要專門的片選電路。(4)工作原理當(dāng)單片機(jī)從擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2732中讀程序時(shí)，過(guò)程如下：先由CPU送出地址低8位至u P0接口，當(dāng)鎖存控制信號(hào)ALE的下降 沿到來(lái)時(shí)那么把低8位地址鎖存到74LS373中，通過(guò)74LS373的輸出端 Q7-Q0送至27

5、32的低位地址A7-A0端；高位地址經(jīng)P2接口的P2. 0 P2.3送到2732的A8All,這樣所需程序地址被選中。在 讀選通信號(hào) (低脈沖)有效期間那么把該地址中的程序(指令或數(shù)據(jù))，經(jīng)P0接口讀入單 片機(jī)內(nèi)部，準(zhǔn)備執(zhí)行。EPROM是只讀存儲(chǔ)器。8051系列其他單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的電路與圖6-2類似，控制 線、數(shù)據(jù)線完全相同，只是高位地址線相應(yīng)增加或減少。例如，假設(shè)8051單片機(jī)擴(kuò)展一片2764(8KB)的EPROM,只需把高位 地址A8A12與P2接口的P2.0P2.4相連，比2732多一根地址線，其 他控制線、數(shù)據(jù)線連接方式與擴(kuò)一片2732電路完全一樣。依次類推，擴(kuò) 展27128或2

6、7256方法相同，不再一一說(shuō)明。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8051單片機(jī)有128B RAM,當(dāng)數(shù)據(jù)量超過(guò)128B也需要把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)一 步擴(kuò)展。常用RAM芯片分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)RAM有6n6 (2KB)、 6264 (8KB)等，動(dòng)態(tài)DRAM2164(8KB)等,另外還有集成IRAM和E2PR0M。使 用E2PR0M作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有斷電保護(hù)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展舉例以8051單片機(jī)擴(kuò)展一片6116RAM為例，說(shuō)明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法及電 路設(shè)計(jì)，電路如圖6-3所示。圖中8282是地址鎖存器，功能與74LS373類似。6116是2KB的靜態(tài) RAMo如下分別說(shuō)明電路中地址線、數(shù)據(jù)線、控制線連接方法

7、。(1)地址線6116低8位地址A0A7經(jīng)地址鎖存器8282與P0接口的P0. 0 P0. 7相連通，高3位地址A8-A10直接與P2接口的P2. 0P2. 2連接， 共11根地址線。(2)數(shù)據(jù)線6116的數(shù)據(jù)線I / 0 0I / 07與P0接口 P0. 0P0. 7直接相連，P0接口 兼做數(shù)據(jù)線和地址線。(3)控制線8282的STB端連接8051的ALE端，鎖存低8位地址方法與程序 存儲(chǔ)器擴(kuò)展原理相同。6116的輸出使能端接8051的 (P3.7)端，是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 讀選通控制端，低電平有效。如低電平那么 低電平，允許從6116中讀出 數(shù)據(jù)。6116的寫允許端面 與8051的 (P3.

8、6)端接通，是片外數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器寫選通控制端，低電平有效。如低電平那么 低電平，允許往6116中 寫入數(shù)據(jù)。.片外數(shù)據(jù)存取工作原理單片機(jī)CPU與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有兩種聯(lián)系方式，或者CPU向數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器寫數(shù)據(jù)，或者CPU從其中讀出數(shù)據(jù)，以圖6-3為例說(shuō)明CPU讀取和寫入 數(shù)據(jù)的過(guò)程。當(dāng)CPU向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫入(存入)數(shù)據(jù)時(shí)，先把要寫入數(shù)據(jù)的單元 地址經(jīng)P0接口、P2接口進(jìn)出，鎖存后連到6116的地址端A0A10,然后 再把欲寫入的數(shù)據(jù)送至P0接口，一旦8051寫選通控制信號(hào) 為低電平， 便使6n6的寫允許端 為低電平，此時(shí)那么把數(shù)據(jù)寫入6116指定單元中。當(dāng)CPU從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6116中某單元讀出數(shù)據(jù)時(shí)，同

9、樣先經(jīng)P0、P2接口送 出要讀數(shù)據(jù)的單元地址，一旦8051的讀選通信號(hào) 為低電平，使得6116 的讀允許端 為低電平時(shí)。那么把指定地址單元中的數(shù)據(jù)經(jīng)P0接口讀入單片 機(jī)內(nèi)部RAM中。擴(kuò)展數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器綜合舉例根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，有時(shí)需要同時(shí)擴(kuò)展多個(gè)不同芯片，當(dāng)CPU工作時(shí)，要 準(zhǔn)確無(wú)誤地選中芯片。CPU選擇某一擴(kuò)展芯片的過(guò)程簡(jiǎn)稱選片。選片方法 在電路形式上有兩種：一種叫線選法，另一種叫譯碼法。下面分別介紹這 兩種方法。.線選法線選法是把單片機(jī)高位地址線分別與多個(gè)擴(kuò)展芯片的片選端連通，控制選 擇各條線的電平。以到達(dá)選片目的。線選法優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，適用于擴(kuò)展 芯片較少的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是芯片地址不連續(xù)。

10、地址空間利用率低。例如，選用8051單片機(jī)，擴(kuò)展2片8KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264和2片8KB的程 序存儲(chǔ)器2764芯片，共擴(kuò)展4片芯片，選用線選法，電路如圖6-4所 示。圖中數(shù)據(jù)線、地址線及控制線連接方法與前面電路相同，不再重復(fù)。 重點(diǎn)介紹線選法的選片原理。(1)電路特點(diǎn)及工作原理地址線P2. 5直接接到IC1 (2764)和IC3 (6264)的片選 端，P2. 6直接接到 IC2(2764)和 IC4(6264)的片選端。當(dāng) P2.6=0, P2.5=l 時(shí),IC2 和 IC4 的 片選端 為低電平，IC1和IC3的 端全為高電平。當(dāng)P2.6=l, P2.5=0時(shí) IC1和IC3的端都是低電平

11、，每次同時(shí)選中兩個(gè)芯片，具體哪個(gè)芯片工 作還要通過(guò)、控制線控制。當(dāng)片外程序存儲(chǔ)區(qū)讀選通信 為低電平， 必定到ROM中讀程序；當(dāng)讀、寫選通信號(hào) 或 為低電平那么到RAM中讀數(shù)據(jù) 或往里寫入數(shù)據(jù)。由于都用P0 口作為數(shù)據(jù)線，所以、三個(gè)信號(hào)時(shí)序 上是分開的，不可能同時(shí)有效。(2)各芯片地址空間分配硬件電路一旦確定，各芯片的地址實(shí)際就已確定，編程時(shí)只要給出要選擇 芯片的地址，就能準(zhǔn)確地選中該芯片。結(jié)合圖6-4,介紹IC1、IC2、 IC3、IC4地址范圍確定方法。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址均用16位，P0 口確定低8位,P2 口確定高8位地 址。如P2.6=0、P2.5=l選中IC2、IC4o地址線A0A1

12、5與P0、P2對(duì)應(yīng)關(guān)系 如下：顯然除P2.6、P2.5固定外，其他打叉位均可變。設(shè)無(wú)用位P2.7R打叉各 位全為“0”那么為最小地址2000H；假設(shè)打叉處均變?yōu)椤?”那么為最大地址 3FFFH,所以IC2和IC4占用地址空間為：2000H3FFFH共8KB。同理 ICK IC3 地址范圍 4000H5FFFH(P2.6=1、P2. 5=0、P2. 7=0), IC2 與 IC4 占用相同的地址空間，由于二者一個(gè)為程序存儲(chǔ)器，一個(gè)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 在控制線、或 控制下，不同時(shí)工作。因此，地址空間重疊也無(wú)關(guān)系。ICI與IC3也同樣。從此例看出，線選法缺點(diǎn)很明顯，地址不連續(xù)，地址空間利用不 充分，而且

13、地址有重疊。.譯碼法譯碼法是通過(guò)譯碼電路決定擴(kuò)展芯片地址的方法。譯碼電路常選用集 成譯碼芯片如74LS138、74LS139等。74LS138與74LS139譯碼器工作原理74LS138是一個(gè)“3 8”譯碼器，即它有3個(gè)輸入端A、B、C和8個(gè)輸出 端Y0Y7,輸出端可分別與擴(kuò)展芯片的片選端相連。3個(gè)輸入端可組合成 8種輸入狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)8種輸出狀態(tài)，8種輸出中每一種只能有一位是 “0”，其余7位全是“1”。只有片選端和74LS138輸出端為“0”的端 口相連的芯片被選中，保證了每個(gè)芯片地址的唯一性。74LS138的引腳圖 如圖6-5(a)所示。74LS138的真值表如表6-1所列。74LS13

14、9是雙“2 4”譯碼器。它內(nèi)部有2個(gè)譯碼器，每個(gè)譯碼器有2個(gè)輸入端A, B和4個(gè) 輸出端Y0丫3。2個(gè)輸入端組合成4種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)4種輸出，其譯碼 原理同74LS138, 74LS139的引腳圖如圖6-5(b)所示。74LS139的真值表 如表6-2所列(2)采用74LS139譯碼電路舉例圖6-6是一個(gè)采用74LS139譯碼擴(kuò)展4個(gè)芯片的電路。圖中 74LS139的4個(gè)輸出端Y0Y3分別連接4個(gè)芯片ICI、IC2、IC3、IC4的 片選端。Y0Y3每次只能有一位是“0”，其他三位全為“1”，輸出為 “0”的一端所連接的芯片被選中。譯碼法地址分配。首先要根據(jù)譯碼芯片真值表確定譯碼芯片的輸 入狀

15、態(tài)，由此再判斷其輸出端選中芯片的地址。如圖6-6所示，74LS139的輸入端A、B、G分別接P2接口的 P2.5、P2.6、P2.7三端，G為使能端，低電平有效。根據(jù)表6-2中 74LS139的真值表可見當(dāng)G=0、A=0. B=0時(shí),輸出端只有Y0為0”, Y1Y3全為“1”，選中ICI。這樣，P2.7、P2.6、P2. 5全為“0”其他 地址線任意狀態(tài)都能選中ICE當(dāng)其他位全為“0”最小地址0000H,其他 位全為“1”最大地址為IFFFHo所以IC1地址范圍0000H-lFFFHo同理 可確定其他芯片地址范圍如下：IC2： 2000H-3FFFH；IC3： 4000H-5FFFH；IC4：

16、 6000H7FFFHo顯然地址空間是連續(xù)的。擴(kuò)展電路工作原理為了使讀者盡快弄清單片機(jī)軟、硬件之間的聯(lián)系以及擴(kuò)展芯片與主機(jī)之間 關(guān)系，結(jié)合圖6-6所示譯碼電路。說(shuō)明片外讀指令和從片外讀數(shù)據(jù)的過(guò) 程。.從片外程序區(qū)讀指令過(guò)程當(dāng)一接通電源，全機(jī)復(fù)位(上電復(fù)位)。復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器 PC=0000H, PC是程序指針，它總是指向?qū)⒁獔?zhí)行的程序地址。CPU就從 0000H地址開始取指令，執(zhí)行程序。在取指令期間，PC地址低8位進(jìn)往P0接口，經(jīng)鎖存器鎖存到AOA7地址線上。PC高8位地址送往P2接 口，直接由P2.0P2.4鎖存到A8A12地址線上，P2. 5P2. 7輸入給 74LS139選片。這樣，根據(jù)

17、P2、P0接口狀態(tài)那么選中了第一個(gè)程序存儲(chǔ)器 芯片IC1 (2764)的第一個(gè)地址0000H。然后當(dāng) 低電平到，把0000H中的 指令代碼經(jīng)P0接口讀入內(nèi)部RAM中，進(jìn)行譯碼從而決定進(jìn)行何種操作。 取出一個(gè)指令字節(jié)后PC自動(dòng)加一，然后取第2個(gè)字節(jié)，依次類推。當(dāng) PO1FFFH時(shí),從IC1最后一個(gè)單元取指令,然后PC=2000H, CPU向P0、 P2送出2000H地址時(shí)那么選中第2個(gè)程序存儲(chǔ)器IC2, IC2的地址范圍 2000H-3FFFH,讀指令過(guò)程同IC1,不再贅述。.片外數(shù)據(jù)區(qū)讀數(shù)過(guò)程當(dāng)執(zhí)行程序中，遇到MOV類指令時(shí)，表示與片內(nèi)RAM交換數(shù)據(jù)； 當(dāng)遇到“MOVX”類指令時(shí)，表示從片外數(shù)

18、據(jù)區(qū)尋址。片外數(shù)據(jù)區(qū)只能間接 尋址。例如，把片外5000H單元的數(shù)據(jù)送到片內(nèi)RAM50H單元中。MOV DPTR, W5000HMOVX A, DPTR MOV 50H, A 先把尋址地址5000H送到數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR中，當(dāng)執(zhí)行MOVX A, DPTR時(shí),DPTR的低8位(00H)經(jīng)P0接口輸出并鎖存,高8位(50H)經(jīng)P2 直接輸出，根據(jù)PO、P2狀態(tài)選中IC2(6264)的5000H單元。當(dāng)讀選通信 號(hào) 為低電平時(shí)，片外5000H單元的數(shù)據(jù)經(jīng)P0接口送往A累加器。當(dāng)執(zhí)行 MOV 50H, A時(shí)那么把該數(shù)據(jù)存入片內(nèi)50H單元。51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 2009-09-07 16:45在

19、單片機(jī)的擴(kuò)展中，要分別考慮程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。存儲(chǔ)器是單片機(jī)系統(tǒng)中使用最多的外擴(kuò)芯片，對(duì)80c51系列單片機(jī)而言，由于程序存儲(chǔ)器與: 性，使得兩者的擴(kuò)展方法略有不同。在本節(jié)中，介紹目前常用的EPROM (Electrically Programn (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法。程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放編制好的始終保存的固定程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器以程序t- 線，可尋址的地址空間為64KB。在80c51/87C51/89C51片內(nèi)，分別內(nèi)置最低地址空間的4KB ROM/EPROM程序存儲(chǔ)器 有內(nèi)

20、部程序存儲(chǔ)器，必須外部擴(kuò)展EPROM。80c51系列單片機(jī)中64KB內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器的地址是 器，地址從0000HFFFFH都是外部程序存儲(chǔ)空間。EA應(yīng)始終接地，對(duì)于內(nèi)部有ROM的單片機(jī) 內(nèi)部ROM開始執(zhí)行。當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。外部程月 存儲(chǔ)器使用MOVC指令。目前典型的EPROM芯片為27系列產(chǎn)品:型號(hào)容量27C162KX8 位27C324K X8 位27C64位 位.2. 2 EPROM程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)例圖8-1為擴(kuò)展8KBX8的程序存儲(chǔ)器27C64與單片機(jī)的連接電路。該電路也稱為8031的最小 擴(kuò)展電路的連接與單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器操作時(shí)序的關(guān)系，

21、即單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線D0D7、地址總 與外擴(kuò)EPROM 74LS373的信號(hào)連接關(guān)系以及74LS373在電路中的作用。圖中74LS373是帶三態(tài)輸出的8D鎖存器，三態(tài)控制接地。G端與8031的ALE連接， 信號(hào)，并輸出供系統(tǒng)使用。27c64是8KB義8位EPROM器件，有13根地址線A0A12輸入，它能區(qū)分13位二進(jìn)# 口和P2.0P2.4連接，當(dāng)8031系統(tǒng)發(fā)出13位地址信息時(shí)，分別選中27c64片內(nèi)8KB存儲(chǔ)器中E數(shù)據(jù)線的連接：存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)線D0D7接POD （P0.0P0.7）。單片機(jī)規(guī)定我 可。27c64的引腳為片選信號(hào)輸入端，低電平有效，表示選中該27c空芯片。該片選信號(hào) 8031

22、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器64KB空間中的位置。該系統(tǒng)中只有一片27c64,現(xiàn)將 應(yīng)接地，表示常有農(nóng) 序存儲(chǔ)器空間為0000H1FFFH地址空間。控制線的連接：8KX8型號(hào)27C12827C25627C512PSEN （外部程序存儲(chǔ)器取指信號(hào)）接OE （存儲(chǔ)器讀信號(hào)）。ALE地址鎖存允許信號(hào)，通常接至地址鎖存器鎖存信號(hào)。EA （單片機(jī)內(nèi)/外程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)）當(dāng)采用8031、8032時(shí)，而應(yīng)接地。此外，27c64的 樂(lè)和Vpp端及 近端可組合成27c64的各種工作方式（讀、待機(jī)、 待機(jī)兩種狀態(tài)。當(dāng)?shù)拿孢x通信號(hào)為低電平，選通27c64,即讀27c64中的程序或常數(shù)，當(dāng)麗 低功耗待機(jī)狀態(tài)。圖88031與27c64的連接擴(kuò)展實(shí)例電改寫EEPROM芯片既可像RAM 一樣修改其存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容，又可像R